郑州航空工业管理学院（论文）郑州航空工业管理学院毕 业 论 文（设 计）XXXX届 XXXXXXXXX 专业 XXXXXX 班级题 目 开关电源设计 姓 名 XXX 学号 XXXXXXX 指导教师 XXX 职称 副教授 二 年 月 日摘 要电源是实现电能变换和功率传递的主要设备，有电器的地方就有电源,现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必需的能源。开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本论文为了完成电路的设计要求，电路设计分为三部分：变压、整流、滤波、保护和运放部分，DC/DC升压扩流部分，DC/DC控制部分和电压显示部分，基本能够实现电源从输入到输出的变换，以较为简单的高频开关电源为设计方向而展开，对开关电源的定义，结构，工作原理等问题的阐述，也包括了电路每一个部分如何正确地选择电路,硬件的选择，最后对开关电源中的损耗问题进行了研究。关键词开关电源,电路组成，小功率高频AbstractPower is to achieve power conversion and power transmission major equipment. In the information age, agriculture, energy, transportation, communications and other areas Power of the film industry make a greater and higher requirements，such as energy, materials, weight reduction, environmental protection, safety and reliability. This has forced the power workers have been exploring the technology for a variety of rural customs, the power to make the best products to meet the requirements of all walks of life. Switching power supply is a new type of power supply, compared to traditional linear power supply, high technology, low energy consumption, easy to use, and has achieved good economic results.In this paper, in order to complete the circuit design, circuit design is divided into three parts: transformer, rectifier, filter, and amplifier part protection, part DC/DC boost expansion, DC/DC control and voltage display part, can realize the transform power from input to output, with relatively high frequency switching power supply for the design direction and simple expansion, definition of switching power supply, the structure, working principle and other problems, including the every part of the circuit on how to choose the correct circuit, hardware selection, the loss problem in the switch power supply is studied.KEY WORDSSwitch power supply circuit,low power,high frequency目录前 言1第一章 开关电源概述21.1 开关电源的定义与分类21.2 开关电源的组成21.3 开关电源的基本工作原理与应用31.3.1 开关电源的基本工作原理31.3.2 开关电源的应用5第二章 方案确定62.1 设计指标72.2 设计思路72.3 系统结构框图8第三章 电源设计83.1 变压、整流、滤波、保护和运放部分93.2 DC/DC升压扩流部分103.3 DC/DC控制部分和电压显示部分123.4 整体主电路12第四章 开关电源中的损耗问题144.1 损耗问题144.1.1 磁芯损耗144.1.2 绕组损耗144.1.3 温升144.2 解决方法15结 论17谢 辞17参考文献19附 录1：开关电源常用英文标志与缩写20外文资料译文错误!未定义书签。IV前 言随着社会经济的发展，人类已经进入工业时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期，电源是向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础。本论文的目的就是查阅相关资料，掌握开关电源的内部结构，学习怎样设计小功率开关电源的方法，开阔视野，从而提高自身的能力。开关电源的高频化电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。课题研究的意义在于：当代许多高新技术均与电源的电压、电流、频率、相位和波形等基本技术参数的变换和控制相关，电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，因此，电源技术不但本身是一种高新技术，而且还是其评它多项高新技术的发展基础。电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来为深远的影响。开关电源设计XXXXXX XX 指导老师：XXX 副教授第一章 开关电源概述1.1 开关电源的定义与分类电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是产生电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需经过转换才能合适使用的需要，例如交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率变换小功率等。按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转换为直流；AC/AC称为交流变交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变为直流。为了达到转换的目的，电流变换的方法是多样的。自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫开关变换电路。在转换时，以自动控制稳定输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源。人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下是针对DC/DC较为简单的类型。1.2 开关电源的组成开关电源的基本组成如图1-2所示。其中DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的要求；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、 频率、 波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。开关电源的负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特性决定，所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波器LC的方法来改善瞬态响应特性。DC/DC变换器变压、整流、滤波 输入输出 控制、显示电路图1-2 开关电源的基本组成1.3 开关电源的基本工作原理与应用1.3.1 开关电源的基本工作原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压Uo。(a) 电路图；(b) 波形图图1-1开关电源的工作原理为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下： (1-1)式中，T表示开关S的开关重复周期；TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系：Uo=UiD (1-2)由式(1-1)和式(1-2)可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得较多。若保持不变，利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压Uo稳压的方法，称做脉冲频率调制(PFM)。由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。既改变，又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调频调宽方式。1.3.2 开关电源的应用, 市电经整流变为直流, 采用全桥零电流开关串联谐振逆变电(1) 通信电源通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流- 直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源是把单相或三相交流电网变换成标称值为48V 的直流电源。通信设备计算速度的不断提高, 使得时钟频率不断提高, 所用集成电路的种类繁多,其电源电压要求也各不相同,通常超过10 种, 在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC- DC 隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V 直流)变换成所需的各种直流电压,这